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JPH0955558A - Semiconductor laser device - Google Patents

Semiconductor laser device

Info

Publication number
JPH0955558A
JPH0955558A JP7206363A JP20636395A JPH0955558A JP H0955558 A JPH0955558 A JP H0955558A JP 7206363 A JP7206363 A JP 7206363A JP 20636395 A JP20636395 A JP 20636395A JP H0955558 A JPH0955558 A JP H0955558A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
type
current
semiconductor laser
laser device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7206363A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Matsumoto
晃広 松本
Naohiro Suyama
尚宏 須山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP7206363A priority Critical patent/JPH0955558A/en
Priority to US08/694,594 priority patent/US6023484A/en
Publication of JPH0955558A publication Critical patent/JPH0955558A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2231Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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    • H01S5/2205Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
    • H01S5/2206Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on III-V materials
    • HELECTRICITY
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    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3054Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温動作における素子特性を改善でき、しか
も発光効率の低下を防止できる半導体レーザ素子を提供
する。 【解決手段】 n型GaAs基板101上に、n型第1
クラッド層102と活性層103とp型第2クラッド層
104とがこの順に形成されている。その上に、ストラ
イプ状溝部106を有するn型電流光閉じ込め層105
が形成され、ストライプ状溝部106を埋め込むように
p型第3クラッド層107が形成されている。n型電流
光閉じ込め層105はドーパントとしてSiを含有し、
n型第1クラッド層102はドーパントとしてSiを含
有していない。
Provided is a semiconductor laser device capable of improving device characteristics in high temperature operation and preventing a decrease in light emission efficiency. An n-type first substrate is formed on an n-type GaAs substrate 101.
The clad layer 102, the active layer 103, and the p-type second clad layer 104 are formed in this order. An n-type current / light confinement layer 105 having a stripe-shaped groove portion 106 thereon is formed.
And the p-type third cladding layer 107 is formed so as to fill the stripe-shaped groove portion 106. The n-type current / light confinement layer 105 contains Si as a dopant,
The n-type first cladding layer 102 does not contain Si as a dopant.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク等に用
いられる半導体レーザ素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device used for optical disks and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

(従来例1)従来、半導体レーザ素子においては、横方
向(基板に水平な方向)に対する電流および光の閉じ込
め効率を向上させるために、図8に示すような埋め込み
ヘテロ構造が提案されている。この半導体レーザ素子
は、n型GaAs半導体基板501上に、第1回目のM
OCVD(有機金属気相成長)法によりn型Al0.5
0.5As第1クラッド層502(キャリア濃度1×1
18cm-3、ドーパントSe)、ノンドープ活性層50
3、p型Al0.5Ga0.5As第2クラッド層504(キ
ャリア濃度5×1017cm-3、ドーパントZn)および
n型GaAs電流光閉じ込め層505(キャリア濃度3
×1018cm-3、ドーパントSe)が順次成長されてい
る。n型電流光閉じ込め層505には、p型第2クラッ
ド層504に達するようにストライプ状溝506が形成
され、その溝506を埋め込むように、第2回目のMO
CVD法によりp型Al0.5Ga0.5As第3クラッド層
507(キャリア濃度1×1018cm-3、ドーパントZ
n)およびp型GaAsコンタクト層508(キャリア
濃度3×1018cm-3、ドーパントZn)が形成されて
いる。このような半導体レーザ素子においては、n型ド
ーパントとしてはSeが、p型ドーパントとしてはZn
が一般的に用いられる。また、p型第2クラッド層50
4の層厚は、電流と光の閉じ込めを効果的に行えるよう
に、0.05〜0.6μmの範囲に設定される。
(Prior Art Example 1) Conventionally, in a semiconductor laser device, a buried hetero structure as shown in FIG. 8 has been proposed in order to improve the current and light confinement efficiency in the lateral direction (direction horizontal to the substrate). This semiconductor laser device comprises a first M-type semiconductor on an n-type GaAs semiconductor substrate 501.
N-type Al 0.5 G by OCVD (metal organic chemical vapor deposition) method
a 0.5 As first cladding layer 502 (carrier concentration 1 × 1
0 18 cm -3 , dopant Se), non-doped active layer 50
3, p-type Al 0.5 Ga 0.5 As second cladding layer 504 (carrier concentration 5 × 10 17 cm −3 , dopant Zn) and n-type GaAs current optical confinement layer 505 (carrier concentration 3
× 10 18 cm −3 and dopant Se) are successively grown. A stripe-shaped groove 506 is formed in the n-type current / light confinement layer 505 so as to reach the p-type second cladding layer 504, and the second MO is formed so as to fill the groove 506.
P-type Al 0.5 Ga 0.5 As third cladding layer 507 (carrier concentration 1 × 10 18 cm −3 , dopant Z
n) and a p-type GaAs contact layer 508 (carrier concentration 3 × 10 18 cm −3 , dopant Zn) are formed. In such a semiconductor laser device, Se is used as the n-type dopant and Zn is used as the p-type dopant.
Is generally used. In addition, the p-type second cladding layer 50
The layer thickness of No. 4 is set in the range of 0.05 to 0.6 μm so that the current and the light can be effectively confined.

【0003】(従来例2)ところで、藤井等は、ICMOVP
E VII conference(1994)において、以下のような報告
を行っている。n型GaAs基板上に、MOCVD法に
よりn型Al0.5Ga0.5As層(キャリア濃度1×10
18cm-3、ドーパントSe)およびp型Al0.5Ga0.5
As層(キャリア濃度1×1018cm-3、ドーパントZ
n、層厚1.25μm)およびn型GaAs層を順次成
長する。このn型GaAs層のドーパントをSeとした
場合、Seのキャリア濃度が4×1018cm-3以上にな
ると、p型Al0.5Ga0.5As層からn型Al0.5Ga
0.5As層およびn型GaAs層へのZnの拡散が増大
する。これに対して、n型GaAs層のドーパントをS
iとした場合、Siのキャリア濃度が4×1018cm-3
になってもZnの拡散は比較的少なく、6×1018cm
-3以上になるとSeと同様にZnの拡散が増大する。
(Conventional example 2) By the way, Fujii et al.
At the E VII conference (1994), I made the following report. On an n-type GaAs substrate, an n-type Al 0.5 Ga 0.5 As layer (carrier concentration 1 × 10 5 ) was formed by MOCVD.
18 cm -3 , dopant Se) and p-type Al 0.5 Ga 0.5
As layer (carrier concentration 1 × 10 18 cm −3 , dopant Z
n, layer thickness 1.25 μm) and an n-type GaAs layer are sequentially grown. When Se is used as the dopant for the n-type GaAs layer, when the carrier concentration of Se becomes 4 × 10 18 cm −3 or more, the p-type Al 0.5 Ga 0.5 As layer is changed to the n-type Al 0.5 Ga layer.
The diffusion of Zn into the 0.5 As layer and the n-type GaAs layer is increased. On the other hand, the dopant of the n-type GaAs layer is S
When i is set, the carrier concentration of Si is 4 × 10 18 cm −3
The diffusion of Zn is relatively small even if it becomes 6 × 10 18 cm
If it is -3 or more, Zn diffusion increases as in Se.

【0004】(従来例3)一方、Neave等は、App
l.Phys.A32(1983)195.において、n型ドーパントとして
Siを用いた場合に、キャリア濃度が3×1018cm-3
以上になると、発光効率が急激に低下することを報告し
ている。
(Conventional example 3) On the other hand, Neave et al.
l.Phys.A32 (1983) 195., when Si was used as an n-type dopant, the carrier concentration was 3 × 10 18 cm −3.
It is reported that the luminous efficiency drops sharply when the above is reached.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例1
〜3では、各々以下のような問題がある。
However, the above-mentioned conventional example 1
3 to 3, there are the following problems.

【0006】従来例1の半導体レーザ素子では、n型G
aAs基板上に、第1回目のMOCVD法によりn型第
1クラッド層502、活性層503、p型第2クラッド
層504およびn型電流光閉じ込め層505を順次成長
する。この時、p型第2クラッド層504にドーパント
として含有されるZnが、両側のn型第1クラッド層5
02およびn型電流光閉じ込め層505に拡散して、そ
の結果、p型第2クラッド層504のキャリア濃度が低
下する。このため、活性層503に注入されたキャリア
に対するp型第2クラッド層504の障壁が低下し、p
型第2クラッド層504側にキャリアが漏れる。このよ
うなキャリアの漏れは、高温動作時に特に顕著に起こる
ので、高温動作における半導体レーザ素子の特性が悪化
するという問題がある。
In the semiconductor laser device of Conventional Example 1, the n-type G
An n-type first cladding layer 502, an active layer 503, a p-type second cladding layer 504, and an n-type current / light confinement layer 505 are sequentially grown on the aAs substrate by the first MOCVD method. At this time, Zn contained in the p-type second clad layer 504 as a dopant is not included in the n-type first clad layer 5 on both sides.
02 and the n-type current / light confinement layer 505, and as a result, the carrier concentration of the p-type second cladding layer 504 decreases. As a result, the barrier of the p-type second cladding layer 504 with respect to the carriers injected into the active layer 503 is lowered, and p
Carriers leak to the mold second cladding layer 504 side. Since such carrier leakage occurs remarkably during high temperature operation, there is a problem that the characteristics of the semiconductor laser device deteriorate during high temperature operation.

【0007】また、従来例2では、n型GaAs基板上
に、MOCVD法によりn型AlGaAs層、p型Al
GaAs層およびn型GaAs層を順次成長する場合、
n型GaAs層のドーパントとしてSiを用いた方がS
eを用いるよりも、p型AlGaAs層のドーパントで
あるZnの拡散が少ないことを示している。しかし、こ
の構造では、n型AlGaAs層とp型AlGaAs層
との間に半導体レーザ素子の活性層に相当する層が無
く、半導体レーザ素子構造とは異なっている。また、p
型AlGaAs層の層厚は1.25μmであり、半導体
レーザ素子構造において第2クラッド層の層厚として典
型的な層厚である0.05μm〜0.6μmに比べて非
常に厚い。さらに、p型AlGaAs層のキャリア濃度
も不明である。従って、半導体レーザ素子構造に適用し
た場合にZnの拡散状態がどうなるかは明確でない。
Further, in Conventional Example 2, an n-type AlGaAs layer and a p-type Al are formed on the n-type GaAs substrate by MOCVD.
When sequentially growing a GaAs layer and an n-type GaAs layer,
It is better to use S as the dopant for the n-type GaAs layer.
It is shown that the diffusion of Zn, which is a dopant of the p-type AlGaAs layer, is less than that of using e. However, this structure is different from the semiconductor laser device structure because there is no layer corresponding to the active layer of the semiconductor laser device between the n-type AlGaAs layer and the p-type AlGaAs layer. Also, p
The type AlGaAs layer has a layer thickness of 1.25 μm, which is much thicker than the typical layer thickness of the second cladding layer in the semiconductor laser device structure of 0.05 μm to 0.6 μm. Furthermore, the carrier concentration of the p-type AlGaAs layer is unknown. Therefore, it is not clear what happens to the diffusion state of Zn when applied to the semiconductor laser device structure.

【0008】さらに、従来例3では、上述したように、
n型ドーパントとしてSiを高濃度にドーピングする
と、発光効率が低下することを報告している。従って、
高温動作における半導体レーザ素子の特性を改善するた
めに、活性層に隣接するn型クラッド層のドーパントに
Siを用いた場合、活性層にSiが拡散し、そのSiが
活性層内部の発光効率を低下してしまうという問題があ
る。
Further, in Conventional Example 3, as described above,
It has been reported that when Si is doped at a high concentration as an n-type dopant, the luminous efficiency is reduced. Therefore,
When Si is used as the dopant of the n-type cladding layer adjacent to the active layer in order to improve the characteristics of the semiconductor laser device in high temperature operation, Si diffuses into the active layer, and the Si diffuses the light emission efficiency inside the active layer. There is a problem that it will decrease.

【0009】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
べくなされたものであり、高温動作における素子特性を
改善でき、しかも発光効率の低下を防止できる半導体レ
ーザ素子を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device capable of improving the device characteristics in high temperature operation and preventing a decrease in light emission efficiency. To do.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、n型半導体基板上に、n型第1クラッド層と活性
層とp型第2クラッド層とが基板側からこの順に形成さ
れ、該第2クラッド層上に、ストライプ状溝部を有する
n型電流光閉じ込め層が形成され、該ストライプ状溝部
を埋め込むようにp型第3クラッド層が形成されている
半導体レーザ素子において、該電流光閉じ込め層がドー
パントとしてSiを含有し、該第1クラッド層がドーパ
ントとしてSiを含有しておらず、そのことにより上記
目的が達成される。
In a semiconductor laser device of the present invention, an n-type first cladding layer, an active layer and a p-type second cladding layer are formed in this order from the substrate side on an n-type semiconductor substrate, In the semiconductor laser device, the n-type current / light confinement layer having a stripe-shaped groove is formed on the second clad layer, and the p-type third clad layer is formed so as to fill the stripe-shaped groove. The confinement layer contains Si as a dopant and the first cladding layer does not contain Si as a dopant, which achieves the above object.

【0011】本発明の半導体レーザ素子は、n型半導体
基板上に、n型第1クラッド層と活性層とp型第2クラ
ッド層とが基板側からこの順に形成され、該第2クラッ
ド層上に、リッジストライプ状のp型第3クラッド層が
形成され、該リッジストライプ状の第3クラッド層の両
外側を挟んでn型電流光閉じ込め層が形成されている半
導体レーザ素子において、該電流光閉じ込め層がドーパ
ントとしてSiを含有し、該第1クラッド層がドーパン
トとしてSiを含有しておらず、そのことにより上記目
的が達成される。
In the semiconductor laser device of the present invention, an n-type first clad layer, an active layer and a p-type second clad layer are formed in this order from the substrate side on an n-type semiconductor substrate, and on the second clad layer. In the semiconductor laser device, a p-type third clad layer having a ridge stripe shape is formed in the semiconductor laser element, and an n-type current light confinement layer is formed so as to sandwich both sides of the third clad layer having a ridge stripe shape. The confinement layer contains Si as a dopant and the first cladding layer does not contain Si as a dopant, which achieves the above object.

【0012】前記第2クラッド層の厚みが0.05μm
以上0.6μm以下であるのが望ましい。
The thickness of the second cladding layer is 0.05 μm
It is desirable that it is not less than 0.6 μm.

【0013】前記電流光閉じ込め層のバンドギャップが
前記活性層のバンドギャップ以下であり、該電流光閉じ
込め層のキャリア濃度が1×1018cm-3以上5×10
18cm-3以下であるのが望ましい。
The band gap of the current / light confinement layer is equal to or smaller than the band gap of the active layer, and the carrier concentration of the current / light confinement layer is 1 × 10 18 cm −3 or more and 5 × 10.
It is preferably 18 cm -3 or less.

【0014】前記電流光閉じ込め層のバンドギャップが
前記活性層のバンドギャップより大きく、該電流光閉じ
込め層のキャリア濃度が1×1017cm-3以上5×10
18cm-3以下であるのが望ましい。
The band gap of the current / light confinement layer is larger than the band gap of the active layer, and the carrier concentration of the current / light confinement layer is 1 × 10 17 cm −3 or more and 5 × 10.
It is preferably 18 cm -3 or less.

【0015】前記第1クラッド層のドーパントがVI族原
子であるのが望ましい。
The dopant of the first cladding layer is preferably a group VI atom.

【0016】以下に、本発明の作用につき説明する。The operation of the present invention will be described below.

【0017】本発明にあっては、n型電流光閉じ込め層
がドーパントとしてSiを含有している。従って、n型
GaAs基板上にn型第1クラッド層、活性層、p型第
2クラッド層およびn型電流光閉じ込め層を成長する時
に、p型第2クラッド層のドーパント、例えばZnの拡
散を抑制できる。
In the present invention, the n-type current / light confinement layer contains Si as a dopant. Therefore, when the n-type first clad layer, the active layer, the p-type second clad layer and the n-type current / light confinement layer are grown on the n-type GaAs substrate, diffusion of the dopant of the p-type second clad layer, for example, Zn is performed. Can be suppressed.

【0018】また、活性層に隣接するn型第1クラッド
層にはドーパントとしてSiを含有していないので、n
型第1クラッド層から活性層にドーパント原子が拡散し
ても、発光効率を低下することがない。
Since the n-type first cladding layer adjacent to the active layer does not contain Si as a dopant,
Even if the dopant atoms diffuse from the mold first clad layer to the active layer, the luminous efficiency is not reduced.

【0019】p型第2クラッド層の厚みは0.05μm
以上0.6μm以下にすると、電流および光の閉じ込め
を効率よく行うことができる。
The thickness of the p-type second cladding layer is 0.05 μm
When the thickness is 0.6 μm or less, current and light can be efficiently confined.

【0020】n型電流光閉じ込め層のバンドギャップを
活性層のバンドギャップ以下とし、光閉じ込め層のキャ
リア濃度を1×1018cm-3以上5×1018cm-3以下
とした場合、またはn型電流光閉じ込め層のバンドギャ
ップを活性層のバンドギャップより大きくし、電流光閉
じ込め層のキャリア濃度を1×1017cm-3以上5×1
18cm-3以下とした場合、電流および光の閉じ込めを
十分にすると共にp型第2クラッド層のキャリア濃度を
十分高くすることができる。
When the band gap of the n-type current / light confinement layer is set to be equal to or less than that of the active layer and the carrier concentration of the light confinement layer is set to 1 × 10 18 cm −3 or more and 5 × 10 18 cm −3 or less, or n -Type current / light confinement layer has a bandgap larger than that of the active layer, and the current / light confinement layer has a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 or more and 5 × 1.
When it is 0 18 cm −3 or less, current and light can be sufficiently confined and the carrier concentration of the p-type second cladding layer can be sufficiently increased.

【0021】第1クラッド層のドーパントとしては、S
e、S、Te等のVI族原子を用いると、発光効率を低下
することがないので、素子特性低下を防止できる。
The dopant for the first cladding layer is S
When a group VI atom such as e, S, or Te is used, the luminous efficiency does not decrease, so that the deterioration of device characteristics can be prevented.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0023】(実施形態1)図1に、実施形態1の半導
体レーザ素子の断面図を示す。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a sectional view of a semiconductor laser device of Embodiment 1.

【0024】この半導体レーザ素子は、n型GaAs基
板101上に、n型Al0.5Ga0.5As第1クラッド層
102(層厚1.0μm、キャリア濃度1×1018cm
-3、ドーパントSe)、ノンドープAl0.14Ga0.86
s活性層103(層厚0.08μm)、p型Al0.5
0.5As第2クラッド層104(層厚0.3μm、ド
ーパントZn)およびn型GaAs電流光閉じ込め層1
05(層厚0.6μm、キャリア濃度3×1018
-3、ドーパントSi)が形成されている。
In this semiconductor laser device, an n-type Al 0.5 Ga 0.5 As first cladding layer 102 (layer thickness 1.0 μm, carrier concentration 1 × 10 18 cm) is formed on an n-type GaAs substrate 101.
-3 , dopant Se), non-doped Al 0.14 Ga 0.86 A
s active layer 103 (layer thickness 0.08 μm), p-type Al 0.5 G
a 0.5 As second cladding layer 104 (layer thickness 0.3 μm, dopant Zn) and n-type GaAs current light confinement layer 1
05 (layer thickness 0.6 μm, carrier concentration 3 × 10 18 c
m −3 , dopant Si) is formed.

【0025】n型電流光閉じ込め層105には、中央部
にp型第2クラッド層104に達するようにストライプ
状溝106が形成され、その溝106を埋め込むよう
に、p型Al0.5Ga0.5As第3クラッド層107(層
厚1.5μm)が形成されている。その上には、p型G
aAsコンタクト層108(層厚1.5μm)が形成さ
れている。
A stripe-shaped groove 106 is formed in the center of the n-type current / light confinement layer 105 so as to reach the p-type second cladding layer 104, and the p-type Al 0.5 Ga 0.5 As is buried in the groove 106. A third clad layer 107 (layer thickness 1.5 μm) is formed. On top of that, p-type G
An aAs contact layer 108 (layer thickness 1.5 μm) is formed.

【0026】さらに、p型コンタクト層108上にはp
型電極109が形成され、n型GaAs基板101側に
はn型電極110が形成されている。
Further, p is formed on the p-type contact layer 108.
A mold electrode 109 is formed, and an n-type electrode 110 is formed on the n-type GaAs substrate 101 side.

【0027】この半導体レーザ素子は、以下のようにし
て作製できる。
This semiconductor laser device can be manufactured as follows.

【0028】まず、n型GaAs基板101上に、第1
回目のMOCVD法により、n型第1クラッド層10
2、ノンドープ活性層103、p型第2クラッド層10
4、n型電流光閉じ込め層105を積層形成する。
First, on the n-type GaAs substrate 101, the first
The n-type first cladding layer 10 was formed by the MOCVD method for the first time.
2, non-doped active layer 103, p-type second cladding layer 10
4. The n-type current / light confinement layer 105 is laminated.

【0029】次に、電流光閉じ込め層105の中央部
に、p型第2クラッド層104に到達するようにストラ
イプ状溝106を形成し、この溝106を埋め込むよう
に、第2回目のMOCVD法によりp型第3クラッド層
107を形成し、引き続いてp型コンタクト層108を
積層形成する。
Next, a stripe-shaped groove 106 is formed in the central portion of the current / light confinement layer 105 so as to reach the p-type second cladding layer 104, and the second MOCVD method is performed so as to fill the groove 106. Thus, the p-type third cladding layer 107 is formed, and subsequently the p-type contact layer 108 is laminated.

【0030】その後、コンタクト層108の上面にp型
電極109を、基板101の下面にn型電極110を各
々形成し、劈開法により共振器長を250μmに調整し
て、共振器端面の反射率が30%となるようにAl23
膜を形成する。
After that, a p-type electrode 109 is formed on the upper surface of the contact layer 108, and an n-type electrode 110 is formed on the lower surface of the substrate 101, and the cavity length is adjusted to 250 μm by the cleavage method, and the reflectance of the cavity end face is adjusted. Of Al 2 O 3 to be 30%
Form a film.

【0031】本実施形態の半導体レーザ素子は、電流光
閉じ込め層105のバンドギャップが活性層103のバ
ンドギャップ以下である。このため、活性層103で発
生した光は電流光閉じ込め層105で吸収され、ストラ
イプ溝106の直下の活性層に光が主として閉じ込めら
れる。この半導体レーザ素子において、p型電極109
とn型電極110との間に順方向の電圧を印加した場合
の閾値電流は40mA、電流−光出力特性のスロープ効
率は0.3W/Aであった。
In the semiconductor laser device of this embodiment, the band gap of the current / light confinement layer 105 is equal to or less than the band gap of the active layer 103. Therefore, the light generated in the active layer 103 is absorbed by the current / light confinement layer 105, and the light is mainly confined in the active layer immediately below the stripe groove 106. In this semiconductor laser device, the p-type electrode 109
When a forward voltage was applied between the n-type electrode 110 and the n-type electrode 110, the threshold current was 40 mA, and the slope efficiency of the current-light output characteristics was 0.3 W / A.

【0032】本実施形態の半導体レーザ素子の室温20
℃および高温80℃における特性温度と、高温80℃で
5mWの光出力を行った場合の素子寿命とを下記表1に
示す。また、比較例として、電流光閉じ込め層105の
ドーパントとしてSeを含有した従来の半導体レーザ素
子についても同時に示す。
Room temperature 20 of the semiconductor laser device of this embodiment
Table 1 below shows characteristic temperatures at 80 ° C. and a high temperature of 80 ° C., and a device life when light output of 5 mW was performed at a high temperature of 80 ° C. As a comparative example, a conventional semiconductor laser device containing Se as a dopant of the current / light confinement layer 105 is also shown.

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】上記表1において、特性温度T0は、80
℃における閾値電流Ith(80℃)と20℃における
閾値電流Ith(20℃)との比により、下記式(1)
のように定義される。T0が大きい程、Ith(80
℃)とIth(20℃)との比が1に近くなって、高温
時における電流増大が抑制される。
In Table 1 above, the characteristic temperature T0 is 80
The following formula (1) is obtained from the ratio of the threshold current Ith (80 ° C.) at 20 ° C. and the threshold current Ith (20 ° C.) at 20 ° C.
Is defined as The larger T0 is, Ith (80
The ratio of (° C.) to Ith (20 ° C.) becomes close to 1, and the increase in current at high temperature is suppressed.

【0035】 Ith(80℃)/Ith(20℃)=exp{(80℃-20℃)/T0} ・・・(1) また、素子寿命は、半導体レーザ素子の動作電流が初期
の動作電流から20%増大した時の走行時間とする。
Ith (80 ° C.) / Ith (20 ° C.) = Exp {(80 ° C.-20 ° C.) / T0} (1) Further, the device life is determined by the operating current of the semiconductor laser device at the initial operating current. It is the running time when it increases by 20%.

【0036】上記表1から理解されるように、n型電流
光閉じ込め層のドーパントとしてSiを用いた本実施形
態1の半導体レーザ素子は、Seを用いた従来の半導体
レーザ素子に比べて特性温度が大きく、高温時における
電流増大が抑制されるため、高温動作時の素子寿命が3
倍以上に改善されている。
As can be understood from Table 1 above, the semiconductor laser device of the first embodiment using Si as the dopant for the n-type current / light confinement layer has a characteristic temperature higher than that of the conventional semiconductor laser device using Se. Is large and the increase in current at high temperatures is suppressed, so the device life during high temperature operation is 3
It has been improved more than twice.

【0037】このような結果が得られた理由について
は、以下のように考えられる。
The reason why such a result is obtained can be considered as follows.

【0038】半導体レーザ素子の特性温度は、p型第2
クラッド層104のキャリア濃度により左右される。例
えば、p型第2クラッド層104のキャリア濃度が低い
と、活性層103に注入されたキャリアに対するp型第
2クラッド層104の障壁が低くなるので、キャリアが
p型第2クラッド層104側に漏れ出す。このようなキ
ャリアの漏れは、高温動作時に特に顕著に起こるため、
高温動作時に電流が増大して素子寿命が低下する。この
キャリア漏れを防ぐには、p型第2クラッド層104の
キャリア濃度を5×1017cm-3以上にする必要がある
ことが、実験的検討により明らかになっている。
The characteristic temperature of the semiconductor laser device is the p-type second temperature.
It depends on the carrier concentration of the cladding layer 104. For example, if the carrier concentration of the p-type second clad layer 104 is low, the barrier of the p-type second clad layer 104 with respect to the carriers injected into the active layer 103 is low, so that the carriers are on the p-type second clad layer 104 side. Leak out. Such carrier leakage is particularly noticeable during high temperature operation, so
During high temperature operation, the current increases and the device life decreases. Experimental studies have revealed that the carrier concentration of the p-type second cladding layer 104 needs to be 5 × 10 17 cm −3 or more in order to prevent the carrier leakage.

【0039】上述のような半導体レーザ素子の製造にお
いて、第1回目のMOCVD成長終了時点でのn型電流
光閉じ込め層105のキャリア濃度を変化させて、p型
第2クラッド層104のキャリア濃度と層厚との関係を
測定した。本実施形態1の半導体レーザ素子の測定結果
を図2に示す。また、電流光閉じ込め層105のドーパ
ントとしてSeを用いた従来の半導体レーザ素子の測定
結果を図9に示す。
In the manufacture of the semiconductor laser device as described above, the carrier concentration of the n-type current / light confinement layer 105 at the end of the first MOCVD growth is changed to be equal to the carrier concentration of the p-type second cladding layer 104. The relationship with the layer thickness was measured. FIG. 2 shows the measurement result of the semiconductor laser device according to the first embodiment. FIG. 9 shows the measurement result of the conventional semiconductor laser device using Se as the dopant of the current / light confinement layer 105.

【0040】従来の半導体レーザ素子では、図9に示す
ように、p型第2クラッド層のキャリア濃度が2.0×
1018cm-3の設定で成長を行っているにも拘らず、成
長中にドーパントZnが、両側の、活性層およびn型第
1クラッド層の側およびn型電流光閉じ込め層の側に拡
散するため、p型第2クラッド層のキャリア濃度が低下
している。
In the conventional semiconductor laser device, as shown in FIG. 9, the carrier concentration of the p-type second cladding layer is 2.0 ×.
Despite growing at a setting of 10 18 cm -3 , during the growth, the dopant Zn diffuses to both sides of the active layer and the n-type first cladding layer and the n-type current and light confining layer. Therefore, the carrier concentration of the p-type second cladding layer is lowered.

【0041】図9に示すように、上記従来の半導体レー
ザ素子において、p型第2クラッド層のキャリア濃度を
5×1017cm-3以上にするには、ドーパントSeを含
有するn型電流光閉じ込め層のキャリア濃度が1×10
18cm-3未満であればよい。しかし、n型電流光閉じ込
め層のキャリア濃度が1×1018cm-3未満の場合、n
型電流光閉じ込め層に吸収された光により発生するキャ
リアが、n型電流光閉じ込め層内で再結合する確率が低
い。そのキャリアが拡散して電位を生じると、電流光閉
じ込め層にサイリスタと同様のターンオンが起こり、電
流閉じ込めができなくなる。従って、従来の半導体レー
ザ素子において、n型電流光閉じ込め層のキャリア濃度
を1×1018cm-3未満にすることにより、p型第2ク
ラッド層104のキャリア濃度を5×1017cm-3以上
にすることはできない。
As shown in FIG. 9, in the above conventional semiconductor laser device, in order to make the carrier concentration of the p-type second cladding layer 5 × 10 17 cm -3 or more, the n-type current light containing the dopant Se is used. Carrier concentration of confinement layer is 1 × 10
It may be less than 18 cm -3 . However, when the carrier concentration of the n-type current / light confinement layer is less than 1 × 10 18 cm −3 , n
The carriers generated by the light absorbed in the type current / light confinement layer are less likely to recombine in the n-type current / light confinement layer. When the carriers diffuse to generate a potential, the current-light confinement layer is turned on similarly to the thyristor, and the current cannot be confined. Therefore, in the conventional semiconductor laser device, n-type carrier concentration of the current light confining layer by less than 1 × 10 18 cm -3, p-type second carrier concentration of the cladding layer 104 5 × 10 17 cm -3 You can't do more.

【0042】一方、n型電流光閉じ込め層のキャリア濃
度が1×1018cm-3以上の場合、p型第2クラッド層
のキャリア濃度が5×1017cm-3以上にするには、p
型第2クラッド層の層厚を0.6μmより厚くするとよ
い。しかし、p型第2クラッド層の層厚を0.6μmよ
り厚くすると、活性層で発光した光がn型電流光閉じ込
め層に到達する割合が少なくなるために、光の閉じ込め
ができなくなる。また、p型第2クラッド層を0.05
μm未満にすると、n型電流光閉じ込め層からのドーパ
ント拡散により、p型第2クラッド層のキャリア濃度が
低下するため、電流閉じ込めが不十分になる。
On the other hand, when the carrier concentration of the n-type current / light confinement layer is 1 × 10 18 cm −3 or more, the carrier concentration of the p-type second cladding layer is 5 × 10 17 cm −3 or more, p
The layer thickness of the mold second clad layer may be greater than 0.6 μm. However, if the layer thickness of the p-type second clad layer is made thicker than 0.6 μm, the proportion of the light emitted from the active layer reaching the n-type current / light confinement layer decreases, so that the light cannot be confined. In addition, the p-type second cladding layer is 0.05
If the thickness is less than μm, the carrier concentration in the p-type second cladding layer is lowered due to the diffusion of the dopant from the n-type current / light confinement layer, resulting in insufficient current confinement.

【0043】このように、従来の半導体レーザ素子にお
いて、n型電流光閉じ込め層105のキャリア濃度が1
×1018cm-3以上、p型第2クラッド層104の層厚
が0.05μm以上0.6μm以下、の条件でp型第2
クラッド層104のキャリア濃度を5×1017cm-3
上にすることはできない。
As described above, in the conventional semiconductor laser device, the carrier concentration of the n-type current / light confinement layer 105 is 1.
If the p-type second clad layer 104 has a layer thickness of × 10 18 cm −3 or more and a thickness of 0.05 μm or more and 0.6 μm or less,
The carrier concentration of the clad layer 104 cannot be 5 × 10 17 cm −3 or more.

【0044】尚、p型第2クラッド層のキャリア濃度を
2.0×1018cm-3以上に設定しても、成長中のドー
パントZnの拡散がさらに増大するので、MOCVD成
長後のp型第2クラッド層のキャリア濃度を5×1017
cm-3以上にすることはできない。
Even if the carrier concentration of the p-type second cladding layer is set to 2.0 × 10 18 cm -3 or more, the diffusion of the dopant Zn during the growth is further increased. The carrier concentration of the second cladding layer is 5 × 10 17
It cannot be more than cm -3 .

【0045】従って、n型電流光閉じ込め層のドーパン
トとしてSeを用いた従来の半導体レーザ素子では、電
流および光の閉じ込めを十分に保ちながら、p型第2ク
ラッド層のキャリア濃度を5×1017cm-3以上にする
ことができないため、高温動作における電流増大を抑制
できない。
Therefore, in the conventional semiconductor laser device using Se as the dopant of the n-type current / light confinement layer, the carrier concentration of the p-type second cladding layer is 5 × 10 17 while sufficiently confining the current and light. Since it cannot be more than cm −3 , the increase in current during high temperature operation cannot be suppressed.

【0046】これに対して本実施形態の半導体レーザ素
子では、図2に示すように、成長中にp型第2クラッド
層104のキャリア濃度が低下するが、従来の半導体レ
ーザ素子に比べてその低下の度合が明かに少ない。これ
は、n型電流光閉じ込め層105のドーパントをSiに
することにより、p型第2クラッド層104のドーパン
トZnの隣接層への拡散が抑制されたことに起因する。
On the other hand, in the semiconductor laser device of this embodiment, as shown in FIG. 2, the carrier concentration of the p-type second cladding layer 104 decreases during growth, but it is lower than that of the conventional semiconductor laser device. The degree of decline is clearly small. This is because diffusion of the dopant Zn of the p-type second cladding layer 104 to the adjacent layer was suppressed by using Si as the dopant of the n-type current / light confinement layer 105.

【0047】本実施形態の半導体レーザ素子において、
p型第2クラッド層104のキャリア濃度を5×1017
cm-3以上にするには、ドーパントSiを含有するn型
電流光閉じ込め層105のキャリア濃度が5×1018
-3以下であればよい。また、n型電流光閉じ込め層1
05のバンドギャップは活性層103のバンドギャップ
以下であるので、電流閉じ込めを十分行うためには、n
型電流光閉じ込め層105のキャリア濃度が1×1018
cm-3以上である必要がある。さらにp型第2クラッド
層104の層厚は、電流および光の閉じ込めを十分にす
るためには、0.05μm以上0.6μm以下であるの
が望ましい。
In the semiconductor laser device of this embodiment,
The carrier concentration of the p-type second cladding layer 104 is set to 5 × 10 17
In order to make it cm −3 or more, the carrier concentration of the n-type current / light confinement layer 105 containing the dopant Si is 5 × 10 18 c.
It may be m -3 or less. In addition, the n-type current / light confinement layer 1
Since the bandgap of No. 05 is less than the bandgap of the active layer 103, in order to sufficiently confine the current, n
Carrier concentration of the photocurrent confinement layer 105 is 1 × 10 18
It must be at least cm -3 . Further, the layer thickness of the p-type second cladding layer 104 is preferably 0.05 μm or more and 0.6 μm or less in order to sufficiently confine current and light.

【0048】図2に示すように、本実施形態の半導体レ
ーザ素子においては、n型電流光閉じ込め層105のキ
ャリア濃度が1×1018cm-3以上5×1018cm-3
下、p型第2クラッド層104の層厚が0.05μm以
上0.6μm以下、の条件で、p型第2クラッド層10
4のキャリア濃度を5×1017cm-3以上にすることが
できる。
As shown in FIG. 2, in the semiconductor laser device of this embodiment, the carrier concentration of the n-type current / light confinement layer 105 is 1 × 10 18 cm −3 or more and 5 × 10 18 cm −3 or less, and the p-type The p-type second cladding layer 10 is provided under the condition that the layer thickness of the second cladding layer 104 is 0.05 μm or more and 0.6 μm or less.
The carrier concentration of No. 4 can be 5 × 10 17 cm −3 or more.

【0049】従って、高温時における活性層103から
p型第2クラッド層104へのキャリアの漏れを抑制し
て高温動作電流を低減でき、高温時の素子寿命を改善す
ることができる。この場合、n型電流光閉じ込め層10
5のキャリア濃度は十分高いので、n型電流光閉じ込め
層105に吸収された光により発生するキャリアはn型
電流光閉じ込め層105内で再結合でき、電流閉じ込め
を十分行うことができる。また、p型第2クラッド層1
04の層厚は、電流および光の閉じ込めを行うのに適し
た厚みである。
Therefore, it is possible to suppress the leakage of carriers from the active layer 103 to the p-type second cladding layer 104 at high temperature, reduce the high temperature operating current, and improve the device life at high temperature. In this case, the n-type current / light confinement layer 10
Since the carrier concentration of No. 5 is sufficiently high, the carriers generated by the light absorbed in the n-type current / light confinement layer 105 can be recombined in the n-type current / light confinement layer 105, and the current can be sufficiently confined. In addition, the p-type second cladding layer 1
The layer thickness of 04 is a thickness suitable for confining current and light.

【0050】さらに、本実施形態1の半導体レーザ素子
では、活性層103に隣接するn型第1クラッド層10
2のドーパントとしてSiを用いずにSeを用いてい
る。Seドーパントは、n型第1クラッド層102から
活性層103に拡散しても発光効率を低下することがな
いので、半導体レーザ素子特性の低下を防止することが
できる。
Further, in the semiconductor laser device according to the first embodiment, the n-type first cladding layer 10 adjacent to the active layer 103 is provided.
Se is used as the second dopant without using Si. The Se dopant does not deteriorate the light emission efficiency even if it diffuses from the n-type first cladding layer 102 to the active layer 103, and thus it is possible to prevent the deterioration of the characteristics of the semiconductor laser device.

【0051】(実施形態2)図3に、実施形態2の半導
体レーザ素子の断面図を示す。
(Second Embodiment) FIG. 3 shows a sectional view of a semiconductor laser device according to a second embodiment.

【0052】この半導体レーザ素子は、n型GaAs基
板201上に、n型Al0.6Ga0.4As第1クラッド層
202(層厚1.0μm、キャリア濃度1×1018cm
-3、ドーパントSe)、ノンドープAl0.14Ga0.86
s活性層203(層厚0.06μm)、p型Al0.6
0.4As第2クラッド層204(層厚0.35μm、
キャリア濃度8×1017cm-3、ドーパントZn)、p
型GaAs第1エッチングストップ層205(層厚0.
003μm、キャリア濃度8×1017cm-3、ドーパン
トZn)、p型Al0.6Ga0.4As第2エッチングスト
ップ層206(層厚0.02μm、キャリア濃度8×1
17cm-3、ドーパントZn)およびn型Al0.1Ga
0.9As電流光閉じ込め層207(層厚0.6μm、キ
ャリア濃度2×1018cm-3、ドーパントSi)が形成
されている。
In this semiconductor laser device, an n-type Al 0.6 Ga 0.4 As first cladding layer 202 (layer thickness 1.0 μm, carrier concentration 1 × 10 18 cm) is formed on an n-type GaAs substrate 201.
-3 , dopant Se), non-doped Al 0.14 Ga 0.86 A
s active layer 203 (layer thickness 0.06 μm), p-type Al 0.6 G
a 0.4 As second cladding layer 204 (layer thickness 0.35 μm,
Carrier concentration 8 × 10 17 cm -3 , dopant Zn), p
Type GaAs first etching stop layer 205 (layer thickness 0.
003 μm, carrier concentration 8 × 10 17 cm −3 , dopant Zn), p-type Al 0.6 Ga 0.4 As second etching stop layer 206 (layer thickness 0.02 μm, carrier concentration 8 × 1)
0 17 cm -3 , dopant Zn) and n-type Al 0.1 Ga
A 0.9 As current / light confinement layer 207 (layer thickness 0.6 μm, carrier concentration 2 × 10 18 cm −3 , dopant Si) is formed.

【0053】n型電流光閉じ込め層207には、中央部
にp型第1エッチングストップ層205に達するように
ストライプ状溝208が形成され、その溝208を埋め
込むように、p型Al0.5Ga0.5As第3クラッド層2
09(層厚1.5μm)が形成されている。その上に
は、p型GaAsコンタクト層210(層厚1.5μ
m)が形成されている。
A stripe-shaped groove 208 is formed in the center of the n-type current / light confinement layer 207 so as to reach the p-type first etching stop layer 205, and p-type Al 0.5 Ga 0.5 is formed so as to fill the groove 208. As third clad layer 2
09 (layer thickness 1.5 μm) is formed. On top of that, a p-type GaAs contact layer 210 (layer thickness 1.5 μm
m) is formed.

【0054】さらに、p型コンタクト層210上にはp
型電極211が形成され、n型GaAs基板201側に
はn型電極212が形成されている。
Further, p is formed on the p-type contact layer 210.
A mold electrode 211 is formed, and an n-type electrode 212 is formed on the n-type GaAs substrate 201 side.

【0055】この半導体レーザ素子は、以下のようにし
て作製できる。
This semiconductor laser device can be manufactured as follows.

【0056】まず、n型GaAs基板201上に、MO
CVD法を用いた第1回目の成長により、n型第1クラ
ッド層202、ノンドープ活性層203、p型第2クラ
ッド層204、p型第1エッチングストップ層205、
p型第2エッチングストップ層206およびn型電流光
閉じ込め層207を積層形成する。
First, on the n-type GaAs substrate 201, MO
By the first growth using the CVD method, the n-type first cladding layer 202, the non-doped active layer 203, the p-type second cladding layer 204, the p-type first etching stop layer 205,
A p-type second etching stop layer 206 and an n-type current / light confinement layer 207 are laminated.

【0057】次に、電流光閉じ込め層205の中央部
に、第1のエッチング液を用いてp型第2エッチングス
トップ層206に到達するようにストライプ状溝を形成
し、さらに第2のエッチング液を用いてp型第1エッチ
ングストップ層205に到達するようにストライプ状溝
を形成する。この溝208を埋め込むように、第2回目
のMOCVD法、液相成長(LPE)法または分子線エ
ピタキシャル成長(MBE)法を用いた第2回目の成長
により、p型第3クラッド層209形成し、引き続いて
p型コンタクト層210を積層形成する。
Next, a stripe-shaped groove is formed in the central portion of the current / light confinement layer 205 using the first etching solution so as to reach the p-type second etching stop layer 206, and the second etching solution is further formed. Using, the stripe-shaped groove is formed so as to reach the p-type first etching stop layer 205. A p-type third cladding layer 209 is formed by the second MOCVD method, the liquid phase epitaxy (LPE) method, or the molecular beam epitaxy (MBE) method so as to fill the groove 208. Subsequently, the p-type contact layer 210 is laminated and formed.

【0058】その後、コンタクト層210の上面にp型
電極211を、基板201の下面にn型電極212を各
々形成し、劈開法により共振器長を200μmに調整し
て、共振器端面の反射率が30%となるようにAl23
膜を形成する。
After that, a p-type electrode 211 is formed on the upper surface of the contact layer 210, and an n-type electrode 212 is formed on the lower surface of the substrate 201. The cavity length is adjusted to 200 μm by the cleavage method, and the reflectance of the cavity facet is adjusted. Of Al 2 O 3 to be 30%
Form a film.

【0059】本実施形態2の半導体レーザ素子は、実施
形態1の半導体レーザ素子と同様に、n型電流光閉じ込
め層のドーパントとしてSeを用いた従来の半導体レー
ザ素子に比べて特性温度が大きく、高温時における電流
増大が抑制されるため、高温動作時の素子寿命が3倍以
上に改善される。
Like the semiconductor laser device of the first embodiment, the semiconductor laser device of the second embodiment has a larger characteristic temperature than the conventional semiconductor laser device using Se as the dopant of the n-type current / light confinement layer. Since the increase in current at high temperature is suppressed, the device life at high temperature operation is improved three times or more.

【0060】また、本実施形態では、第1エッチングス
トップ層205および第2エッチングストップ層206
が形成されているので、ストライプ溝208の深さを精
密に制御できると共に、溝208表面を酸化されにくい
GaAsにすることができる。第1エッチングストップ
層205および第2エッチングストップ層206の層厚
は、隣接するp型第2クラッド層204およびn型電流
光閉じ込め層207に比べて十分薄くできるので、エッ
チングストップ層を形成することにより素子特性に悪影
響を及ぼすことはない。さらに、溝埋め込みのための2
回目の成長において、LPE法やMBE法を用いること
もできる。
In this embodiment, the first etching stop layer 205 and the second etching stop layer 206 are also included.
Since the stripe groove 208 is formed, the depth of the stripe groove 208 can be precisely controlled, and the surface of the groove 208 can be made of GaAs which is difficult to be oxidized. Since the layer thicknesses of the first etching stop layer 205 and the second etching stop layer 206 can be made sufficiently smaller than those of the adjacent p-type second cladding layer 204 and n-type current / light confinement layer 207, the etching stop layer should be formed. Therefore, the device characteristics are not adversely affected. In addition, 2 for groove filling
The LPE method or the MBE method can also be used in the second growth.

【0061】(実施形態3)図4に、実施形態3の半導
体レーザ素子の断面図を示す。
(Third Embodiment) FIG. 4 shows a sectional view of a semiconductor laser device according to a third embodiment.

【0062】この半導体レーザ素子は、n型GaAs基
板301上に、n型Al0.5Ga0.5As第1クラッド層
302(層厚1.5μm、キャリア濃度7×1017cm
-3、ドーパントSe)、ノンドープAl0.14Ga0.86
s活性層303(層厚0.05μm)、p型Al0.5
0.5As第2クラッド層304(層厚0.4μm、キ
ャリア濃度1×1018cm-3、ドーパントZn)および
n型Al0.7Ga0.3As電流光閉じ込め層305(層厚
1.0μm、キャリア濃度7×1017cm-3、ドーパン
トSi)が形成されている。
In this semiconductor laser device, an n-type Al 0.5 Ga 0.5 As first cladding layer 302 (layer thickness 1.5 μm, carrier concentration 7 × 10 17 cm) is formed on an n-type GaAs substrate 301.
-3 , dopant Se), non-doped Al 0.14 Ga 0.86 A
s active layer 303 (layer thickness 0.05 μm), p-type Al 0.5 G
a 0.5 As second cladding layer 304 (layer thickness 0.4 μm, carrier concentration 1 × 10 18 cm −3 , dopant Zn) and n-type Al 0.7 Ga 0.3 As current / light confinement layer 305 (layer thickness 1.0 μm, carrier concentration 7 × 10 17 cm −3 , dopant Si) is formed.

【0063】n型電流光閉じ込め層305には、中央部
にp型第2クラッド層304に達するようにストライプ
状溝306が形成され、その溝306を埋め込むよう
に、p型Al0.5Ga0.5As第3クラッド層307(層
厚1.5μm)が形成されている。その上には、p型G
aAsコンタクト層308(層厚1.5μm)が形成さ
れている。
A stripe-shaped groove 306 is formed in the center of the n-type current / light confinement layer 305 so as to reach the p-type second cladding layer 304, and the p-type Al 0.5 Ga 0.5 As is filled in the groove 306. A third clad layer 307 (layer thickness 1.5 μm) is formed. On top of that, p-type G
An aAs contact layer 308 (layer thickness 1.5 μm) is formed.

【0064】さらに、p型コンタクト層308上にはp
型電極309が形成され、n型GaAs基板301側に
はn型電極310が形成されている。
Furthermore, p is formed on the p-type contact layer 308.
A mold electrode 309 is formed, and an n-type electrode 310 is formed on the n-type GaAs substrate 301 side.

【0065】この半導体レーザ素子は、以下のようにし
て作製できる。
This semiconductor laser device can be manufactured as follows.

【0066】まず、n型GaAs基板301上に、第1
回目のMOCVD法により、n型第1クラッド層30
2、ノンドープ活性層303、p型第2クラッド層30
4、n型電流光閉じ込め層305を積層形成する。
First, on the n-type GaAs substrate 301, the first
The n-type first cladding layer 30 is formed by the MOCVD method for the first time.
2, non-doped active layer 303, p-type second cladding layer 30
4. The n-type current / light confinement layer 305 is formed by stacking.

【0067】次に、電流光閉じ込め層305の中央部
に、p型第2クラッド層304に到達するようにストラ
イプ状溝306を形成し、この溝306を埋め込むよう
に、第2回目のMOCVD法によりp型第3クラッド層
307形成し、引き続いてp型コンタクト層308を積
層形成する。
Next, a stripe-shaped groove 306 is formed in the central portion of the current / light confinement layer 305 so as to reach the p-type second cladding layer 304, and the second MOCVD method is performed so as to fill this groove 306. Thus, the p-type third cladding layer 307 is formed, and then the p-type contact layer 308 is laminated.

【0068】その後、コンタクト層308の上面にp型
電極309を、基板301の下面にn型電極310を各
々形成し、劈開法により共振器長を375μmに調整し
て、共振器の光出射側端面の反射率が12%、反対側端
面の反射率が75%となるようにAl23膜およびSi
膜を形成する。
Thereafter, a p-type electrode 309 is formed on the upper surface of the contact layer 308 and an n-type electrode 310 is formed on the lower surface of the substrate 301, and the cavity length is adjusted to 375 μm by the cleavage method, and the light emitting side of the cavity is formed. Al 2 O 3 film and Si so that the reflectivity of the end face is 12% and the reflectivity of the opposite end face is 75%.
Form a film.

【0069】本実施形態の半導体レーザ素子は、電流光
閉じ込め層305のバンドギャップが活性層303のバ
ンドギャップより大きく、活性層303で発生した光は
電流光閉じ込め層305で吸収されない。この場合、電
流光閉じ込め層305の屈折率が周囲の屈折率よりも小
さいために、屈折率差によってストライプ溝306の直
下の活性層に光が主として閉じ込められる。この半導体
レーザ素子において、p型電極309とn型電極310
との間に順方向の電圧を印加した場合の閾値電流は30
mA、電流−光出力特性のスロープ効率は0.80W/
Aであった。
In the semiconductor laser device of this embodiment, the bandgap of the current / light confinement layer 305 is larger than that of the active layer 303, and the light generated in the active layer 303 is not absorbed by the current / light confinement layer 305. In this case, since the refractive index of the current / light confinement layer 305 is smaller than the surrounding refractive index, light is mainly confined in the active layer immediately below the stripe groove 306 due to the difference in refractive index. In this semiconductor laser device, a p-type electrode 309 and an n-type electrode 310
The threshold current when a forward voltage is applied between
mA, current-optical output characteristic slope efficiency is 0.80 W /
A.

【0070】本実施形態の半導体レーザ素子の室温20
℃および高温70℃における特性温度と、高温70℃で
50mWの光出力を行った場合の素子寿命とを下記表2
に示す。また、比較例として、電流光閉じ込め層305
のドーパントとしてSeを含有した従来の半導体レーザ
素子についても同時に示す。
Room temperature 20 of the semiconductor laser device of this embodiment
Table 2 below shows characteristic temperatures at 70 ° C. and 70 ° C., and device life when light output of 50 mW is performed at 70 ° C.
Shown in Further, as a comparative example, the current / light confinement layer 305
A conventional semiconductor laser device containing Se as a dopant is also shown.

【0071】[0071]

【表2】 [Table 2]

【0072】上記表2において、特性温度T0は、70
℃における閾値電流Ith(70℃)と20℃における
閾値電流Ith(20℃)との比により、下記式(2)
のように定義される。T0が大きい程、Ith(70
℃)とIth(20℃)との比が1に近くなって、高温
時における電流増大が抑制される。
In Table 2 above, the characteristic temperature T0 is 70
The following formula (2) is obtained from the ratio of the threshold current Ith (70 ° C.) at 20 ° C. and the threshold current Ith (20 ° C.) at 20 ° C.
Is defined as The larger T0 is, Ith (70
The ratio of (° C.) to Ith (20 ° C.) becomes close to 1, and the increase in current at high temperature is suppressed.

【0073】 Ith(70℃)/Ith(20℃)=exp{(70℃-20℃)/T0} ・・・(2) また、素子寿命は、半導体レーザ素子の動作電流が初期
の動作電流から20%増大した時の走行時間とする。
Ith (70 ° C.) / Ith (20 ° C.) = Exp {(70 ° C.-20 ° C.) / T0} (2) Further, the device lifetime is the operating current of the semiconductor laser device at the initial operating current. It is the running time when it increases by 20%.

【0074】上記表2から理解されるように、本実施形
態3の半導体レーザ素子は、n型電流光閉じ込め層のド
ーパントとしてSeを用いた従来の半導体レーザ素子に
比べて特性温度が大きく、高温時における電流増大が抑
制されるため、高温動作時の素子寿命が5倍以上に改善
されている。
As can be understood from Table 2 above, the semiconductor laser device of the third embodiment has a large characteristic temperature and a high temperature as compared with the conventional semiconductor laser device using Se as the dopant of the n-type current / light confinement layer. Since the increase in current during the operation is suppressed, the device life during high temperature operation is improved five times or more.

【0075】このような結果が得られた理由について
は、以下のように考えられる。
The reason why such a result is obtained is considered as follows.

【0076】実施形態1で説明したように、半導体レー
ザ素子の特性温度は、p型第2クラッド層304のキャ
リア濃度により左右される。本実施形態の半導体レーザ
素子の製造において、第1回目のMOCVD成長終了時
点でのn型電流光閉じ込め層305のキャリア濃度を変
化させて、p型第2クラッド層304のキャリア濃度と
層厚との関係を測定した結果を図5に示す。
As described in the first embodiment, the characteristic temperature of the semiconductor laser device depends on the carrier concentration of the p-type second cladding layer 304. In the manufacture of the semiconductor laser device of this embodiment, the carrier concentration of the n-type current and light confinement layer 305 at the end of the first MOCVD growth is changed so that the carrier concentration and the layer thickness of the p-type second clad layer 304 are changed. The result of measuring the relationship is shown in FIG.

【0077】本実施形態の半導体レーザ素子は、図5に
示すように、成長中にp型第2クラッド層304のキャ
リア濃度が低下するが、従来の半導体レーザ素子に比べ
てその低下の度合が明かに少ない。これは、n型電流光
閉じ込め層305のドーパントをSiにすることによ
り、p型第2クラッド層304のドーパントZnの隣接
層への拡散が抑制されたことに起因する。
In the semiconductor laser device of this embodiment, as shown in FIG. 5, the carrier concentration of the p-type second cladding layer 304 decreases during growth, but the degree of decrease is smaller than that of the conventional semiconductor laser device. Clearly few. This is because diffusion of the dopant Zn of the p-type second cladding layer 304 to the adjacent layer was suppressed by using Si as the dopant of the n-type current / light confinement layer 305.

【0078】本実施形態の半導体レーザ素子において、
p型第2クラッド層304のキャリア濃度を5×1017
cm-3以上にするには、ドーパントSiを含有するn型
電流光閉じ込め層305のキャリア濃度が5×1018
-3以下であればよい。また、n型電流光閉じ込め層3
05のバンドギャップは活性層303のバンドギャップ
より大きく、活性層303で発生した光がn型電流光閉
じ込め層305で吸収されないので、電流閉じ込めを十
分行うためには、n型電流光閉じ込め層105のキャリ
ア濃度が1×1017cm-3以上であればよい。さらにp
型第2クラッド層304の層厚は、電流および光の閉じ
込めを十分にするためには、0.05μm以上0.6μ
m以下であるのが望ましい。
In the semiconductor laser device of this embodiment,
The carrier concentration of the p-type second cladding layer 304 is set to 5 × 10 17
In order to make it cm −3 or more, the carrier concentration of the n-type current and light confinement layer 305 containing the dopant Si is 5 × 10 18 c.
It may be m -3 or less. In addition, the n-type current / light confinement layer 3
The bandgap of 05 is larger than the bandgap of the active layer 303, and the light generated in the active layer 303 is not absorbed by the n-type current / light confinement layer 305. Therefore, in order to sufficiently confine the current, the n-type current / light confinement layer 105 The carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 or more. And p
The layer thickness of the mold second clad layer 304 is 0.05 μm or more and 0.6 μm or more in order to sufficiently confine current and light.
It is preferably m or less.

【0079】図5に示すように、本実施形態の半導体レ
ーザ素子においては、n型電流光閉じ込め層305のキ
ャリア濃度が1×1017cm-3以上5×1018cm-3
下、p型第2クラッド層304の層厚が0.05μm以
上0.6μm以下、の条件で、p型第2クラッド層30
4のキャリア濃度を5×1017cm-3以上にすることが
できる。
As shown in FIG. 5, in the semiconductor laser device of this embodiment, the carrier concentration of the n-type current and light confinement layer 305 is 1 × 10 17 cm −3 or more and 5 × 10 18 cm −3 or less, and the p-type The p-type second cladding layer 30 is provided under the condition that the layer thickness of the second cladding layer 304 is 0.05 μm or more and 0.6 μm or less.
The carrier concentration of No. 4 can be 5 × 10 17 cm −3 or more.

【0080】従って、高温時における活性層303から
p型第2クラッド層304へのキャリアの漏れを抑制し
て高温動作電流を低減でき、高温時の素子寿命を改善す
ることができる。この場合、n型電流光閉じ込め層30
5のキャリア濃度は十分高く、電流閉じ込めを十分行う
ことができる。また、p型第2クラッド層304の層厚
は、電流および光の閉じ込めを行うのに適した厚みであ
る。
Therefore, the leakage of carriers from the active layer 303 to the p-type second cladding layer 304 at high temperature can be suppressed, the high temperature operating current can be reduced, and the device life at high temperature can be improved. In this case, the n-type current / light confinement layer 30
The carrier concentration of No. 5 is sufficiently high, and the current can be sufficiently confined. The layer thickness of the p-type second cladding layer 304 is a thickness suitable for confining current and light.

【0081】さらに、本実施形態3の半導体レーザ素子
では、活性層303に隣接するn型第1クラッド層30
2のドーパントとしてSiを用いずにSeを用いてい
る。Seドーパントは、n型第1クラッド層302から
活性層303に拡散しても発光効率を低下することがな
いので、半導体レーザ素子特性の低下を防止することが
できる。
Further, in the semiconductor laser device according to the third embodiment, the n-type first cladding layer 30 adjacent to the active layer 303.
Se is used as the second dopant without using Si. The Se dopant does not reduce the emission efficiency even if it diffuses from the n-type first cladding layer 302 to the active layer 303, and thus it is possible to prevent the deterioration of the semiconductor laser device characteristics.

【0082】(実施形態4)図6に、実施形態4の半導
体レーザ素子の断面図を示す。
(Embodiment 4) FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor laser device according to Embodiment 4.

【0083】この半導体レーザ素子は、n型GaAs基
板401上に、n型Al0.5Ga0.5As第1クラッド層
402(層厚1.5μm、キャリア濃度1×1018cm
-3、ドーパントS)、ノンドープMQW(単一量子井
戸)AlGaAs活性層403(ウエル数3、ウエル層
厚0.01μm、ウエルAl組成比0.1、バリア層厚
0.008μm、バリアAl組成比0.35、ガイド層
厚0.02μm、ガイドAl組成比0.35)およびp
型Al0.5Ga0.5As第2クラッド層404(層厚1.
5μm、キャリア濃度6×1017cm-3、ドーパントM
g)が形成されている。
In this semiconductor laser device, an n-type Al 0.5 Ga 0.5 As first cladding layer 402 (layer thickness 1.5 μm, carrier concentration 1 × 10 18 cm) is formed on an n-type GaAs substrate 401.
-3 , dopant S), non-doped MQW (single quantum well) AlGaAs active layer 403 (3 wells, well layer thickness 0.01 μm, well Al composition ratio 0.1, barrier layer thickness 0.008 μm, barrier Al composition ratio) 0.35, guide layer thickness 0.02 μm, guide Al composition ratio 0.35) and p
Type Al 0.5 Ga 0.5 As second cladding layer 404 (layer thickness 1.
5 μm, carrier concentration 6 × 10 17 cm −3 , dopant M
g) has been formed.

【0084】p型第2クラッド層404は、その中央部
がリッジストライプ状になるようにエッチングされて、
リッジストライプ状以外の残厚が0.20μmになって
いる。以下、p型第2クラッド層404のリッジストラ
イプ状部分を第3クラッド層406と称し、それ以外の
平坦部分をp型第2クラッド層404と称する。
The p-type second cladding layer 404 is etched so that the central portion thereof has a ridge stripe shape,
The remaining thickness other than the ridge stripe shape is 0.20 μm. Hereinafter, the ridge stripe-shaped portion of the p-type second cladding layer 404 will be referred to as the third cladding layer 406, and the other flat portion will be referred to as the p-type second cladding layer 404.

【0085】p型第3クラッド層406上には、p型G
aAsキャップ層405(層厚0.1μm)が形成さ
れ、リッジストライプ状の第3クラッド層406および
p型キャップ層405の両外側を挟んで埋め込むよう
に、n型GaAs電流光閉じ込め層407(層厚0.5
μm、キャリア濃度3.5×1018cm-3、ドーパント
Si)が形成されている。
On the p-type third cladding layer 406, p-type G
An aAs cap layer 405 (layer thickness of 0.1 μm) is formed, and the n-type GaAs current / light confinement layer 407 (layer is formed so as to be embedded so as to sandwich both outer sides of the ridge stripe-shaped third cladding layer 406 and the p-type cap layer 405. Thickness 0.5
μm, carrier concentration 3.5 × 10 18 cm −3 , and dopant Si) are formed.

【0086】その上に、基板全面を覆うようにp型Ga
Asコンタクト層408(層厚1.5μm)が形成され
ている。さらに、p型コンタクト層408上にはp型電
極409が形成され、n型GaAs基板401側にはn
型電極410が形成されている。
On top of that, p-type Ga is formed so as to cover the entire surface of the substrate.
An As contact layer 408 (layer thickness 1.5 μm) is formed. Further, a p-type electrode 409 is formed on the p-type contact layer 408, and n is formed on the n-type GaAs substrate 401 side.
A mold electrode 410 is formed.

【0087】この半導体レーザ素子は、以下のようにし
て作製できる。
This semiconductor laser device can be manufactured as follows.

【0088】まず、n型GaAs基板401上に、第1
回目のMOCVD法により、n型第1クラッド層40
2、ノンドープMQW活性層403、p型第2クラッド
層およびp型キャップ層を積層形成する。
First, on the n-type GaAs substrate 401, the first
The n-type first cladding layer 40 is formed by the MOCVD method for the second time.
2. The non-doped MQW active layer 403, the p-type second clad layer and the p-type cap layer are laminated.

【0089】次に、SiN膜をストライプ状に形成し、
これをマスクとしてp型第2クラッド層およびp型キャ
ップ層をエッチングすることにより、p型第2クラッド
層404、リッジストライプ状の第3クラッド層406
およびp型キャップ層405を形成する。このとき、p
型第2クラッド層404の残厚を0.2μmと設定す
る。
Next, a SiN film is formed in a stripe shape,
The p-type second clad layer and the p-type cap layer are etched using this as a mask to obtain a p-type second clad layer 404 and a ridge stripe-shaped third clad layer 406.
And a p-type cap layer 405 is formed. At this time, p
The residual thickness of the mold second clad layer 404 is set to 0.2 μm.

【0090】その後、ストライプ状のSiN膜をマスク
として、リッジストライプの両外側に、第2回目のMO
CVD法により、n型電流光閉じ込め層407を埋め込
み成長する。
Then, using the striped SiN film as a mask, a second MO is formed on both outer sides of the ridge stripe.
The n-type current and light confinement layer 407 is embedded and grown by the CVD method.

【0091】次に、SiN膜を除去して、第3回目のM
OCVD法により、基板全面を覆うようにp型コンタク
ト層408を積層形成する。
Next, the SiN film is removed, and the third M
A p-type contact layer 408 is laminated and formed by the OCVD method so as to cover the entire surface of the substrate.

【0092】その後、コンタクト層408の上面にp型
電極409を、基板401の下面にn型電極410を各
々形成し、劈開法により共振器長を400μmに調整し
て、共振器の光出射側端面の反射率が10%、反対側端
面の反射率が90%となるようにAl23膜およびSi
膜を形成する。
After that, a p-type electrode 409 is formed on the upper surface of the contact layer 408, and an n-type electrode 410 is formed on the lower surface of the substrate 401. The cavity length is adjusted to 400 μm by the cleavage method, and the light emitting side of the cavity is formed. The Al 2 O 3 film and Si so that the reflectance of the end face is 10% and the reflectance of the opposite end face is 90%.
Form a film.

【0093】本実施形態の半導体レーザ素子は、電流光
閉じ込め層407のバンドギャップが活性層403のバ
ンドギャップ以下である。このため、活性層403で発
生した光は電流光閉じ込め層405で吸収され、リッジ
ストライプ直下の活性層に光が主として閉じ込められ
る。この半導体レーザ素子において、p型電極409と
n型電極410との間に順方向の電圧を印加した場合の
閾値電流は40mA、電流−光出力特性のスロープ効率
は0.6W/Aであった。
In the semiconductor laser device of this embodiment, the band gap of the current / light confinement layer 407 is less than or equal to the band gap of the active layer 403. Therefore, the light generated in the active layer 403 is absorbed by the current / light confinement layer 405, and the light is mainly confined in the active layer immediately below the ridge stripe. In this semiconductor laser device, the threshold current was 40 mA when a forward voltage was applied between the p-type electrode 409 and the n-type electrode 410, and the slope efficiency of the current-light output characteristics was 0.6 W / A. .

【0094】本実施形態の半導体レーザ素子の室温20
℃および高温70℃における特性温度と、高温70℃で
50mWの光出力を行った場合の素子寿命とを下記表3
に示す。また、比較例として、電流光閉じ込め層405
のドーパントとしてSeを含有した従来の半導体レーザ
素子についても同時に示す。
Room temperature 20 of the semiconductor laser device of this embodiment
Table 3 below shows the characteristic temperatures at 70 ° C. and 70 ° C. and the device life when an optical output of 50 mW is performed at 70 ° C.
Shown in As a comparative example, the current / light confinement layer 405
A conventional semiconductor laser device containing Se as a dopant is also shown.

【0095】[0095]

【表3】 [Table 3]

【0096】上記表3において、特性温度T0は、70
℃における閾値電流Ith(70℃)と20℃における
閾値電流Ith(20℃)との比により、下記式(3)
のように定義される。T0が大きい程、Ith(70
℃)とIth(20℃)との比が1に近くなって、高温
時における電流増大が抑制される。
In Table 3 above, the characteristic temperature T0 is 70
By the ratio of the threshold current Ith (70 ° C.) at 20 ° C. and the threshold current Ith (20 ° C.) at 20 ° C., the following formula (3)
Is defined as The larger T0 is, Ith (70
The ratio of (° C.) to Ith (20 ° C.) becomes close to 1, and the increase in current at high temperature is suppressed.

【0097】 Ith(70℃)/Ith(20℃)=exp{(70℃-20℃)/T0} ・・・(3) また、素子寿命は、半導体レーザ素子の動作電流が初期
の動作電流から20%増大した時の走行時間とする。
Ith (70 ° C.) / Ith (20 ° C.) = Exp {(70 ° C.-20 ° C.) / T0} (3) Further, the device lifetime is the operating current of the semiconductor laser device at the initial operating current. It is the running time when it increases by 20%.

【0098】上記表3から理解されるように、本実施形
態4の半導体レーザ素子は、従来の半導体レーザ素子に
比べて特性温度が大きく、高温時における電流増大が抑
制されるため、高温動作時の素子寿命が5倍以上に改善
されている。
As can be understood from Table 3 above, the semiconductor laser device of the fourth embodiment has a characteristic temperature larger than that of the conventional semiconductor laser device and suppresses an increase in current at high temperatures. The element life of is improved more than 5 times.

【0099】このような結果が得られた理由について
は、以下のように考えられる。
The reason why such a result is obtained can be considered as follows.

【0100】実施形態1で説明したように、半導体レー
ザ素子の特性温度は、p型第2クラッド層404のキャ
リア濃度により左右される。本実施形態の半導体レーザ
素子の製造において、第2回目のMOCVD成長終了時
点でのn型電流光閉じ込め層405のキャリア濃度を変
化させて、p型第2クラッド層404(リッジストライ
プ以外の平坦部分)のキャリア濃度と層厚との関係を測
定した結果を図7に示す。
As described in the first embodiment, the characteristic temperature of the semiconductor laser device depends on the carrier concentration of the p-type second cladding layer 404. In the manufacture of the semiconductor laser device of this embodiment, the carrier concentration of the n-type current / light confinement layer 405 at the end of the second MOCVD growth is changed to change the p-type second cladding layer 404 (flat portion other than the ridge stripe). The result of measurement of the relationship between the carrier concentration and the layer thickness is shown in FIG.

【0101】本実施形態の半導体レーザ素子は、図7に
示すように、成長中にp型第2クラッド層404のキャ
リア濃度が低下するが、従来の半導体レーザ素子に比べ
てその低下の度合が明かに少ない。これは、n型電流光
閉じ込め層407のドーパントをSiにすることによ
り、p型第2クラッド層404のドーパントMgの隣接
層への拡散が抑制されたことに起因する。
In the semiconductor laser device of this embodiment, as shown in FIG. 7, the carrier concentration of the p-type second cladding layer 404 decreases during growth, but the degree of decrease is lower than that of the conventional semiconductor laser device. Clearly few. This is because diffusion of the dopant Mg of the p-type second cladding layer 404 to the adjacent layer was suppressed by using Si as the dopant of the n-type current and light confinement layer 407.

【0102】本実施形態の半導体レーザ素子において、
p型第2クラッド層404のキャリア濃度を5×1017
cm-3以上にするには、ドーパントSiを含有するn型
電流光閉じ込め層405のキャリア濃度が5×1018
-3以下であればよい。また、n型電流光閉じ込め層4
07のバンドギャップは活性層403のバンドギャップ
以下であるので、電流閉じ込めを十分行うためには、n
型電流光閉じ込め層407のキャリア濃度が1×1018
cm-3以上である必要がある。さらにp型第2クラッド
層404の層厚(リッジストライプ以外の部分)は、電
流および光の閉じ込めを十分にするためには、0.05
μm以上0.6μm以下であるのが望ましい。
In the semiconductor laser device of this embodiment,
The carrier concentration of the p-type second cladding layer 404 is set to 5 × 10 17
In order to make it cm −3 or more, the carrier concentration of the n-type current and light confinement layer 405 containing the dopant Si is 5 × 10 18 c.
It may be m -3 or less. In addition, the n-type current / light confinement layer 4
Since the bandgap of 07 is less than the bandgap of the active layer 403, in order to sufficiently confine the current, n
-Type current / light confinement layer 407 has a carrier concentration of 1 × 10 18
It must be at least cm -3 . Further, the layer thickness of the p-type second cladding layer 404 (portion other than the ridge stripe) is 0.05 in order to sufficiently confine current and light.
It is desirable that the thickness is at least μm and at most 0.6 μm.

【0103】図7に示すように、本実施形態の半導体レ
ーザ素子においては、n型電流光閉じ込め層407のキ
ャリア濃度が1×1017cm-3以上5×1018cm-3
下、p型第2クラッド層404の層厚が0.05μm以
上0.6μm以下、の条件で、p型第2クラッド層40
4のキャリア濃度を5×1017cm-3以上にすることが
できる。
As shown in FIG. 7, in the semiconductor laser device of this embodiment, the carrier concentration of the n-type current and light confinement layer 407 is 1 × 10 17 cm −3 or more and 5 × 10 18 cm −3 or less, and the p-type The p-type second cladding layer 40 is provided under the condition that the layer thickness of the second cladding layer 404 is 0.05 μm or more and 0.6 μm or less.
The carrier concentration of No. 4 can be 5 × 10 17 cm −3 or more.

【0104】従って、高温時における活性層403から
p型第2クラッド層404へのキャリアの漏れを抑制し
て高温動作電流を低減でき、高温時の素子寿命を改善す
ることができる。この場合、n型電流光閉じ込め層40
7のキャリア濃度は十分高く、電流閉じ込めを十分行う
ことができる。また、p型第2クラッド層404(リッ
ジストライプ以外の部分)の層厚は、電流および光の閉
じ込めを行うのに適した厚みである。
Therefore, the leakage of carriers from the active layer 403 to the p-type second cladding layer 404 at high temperature can be suppressed to reduce the high temperature operating current, and the device life at high temperature can be improved. In this case, the n-type current / light confinement layer 40
The carrier concentration of No. 7 is sufficiently high, and the current can be sufficiently confined. Further, the layer thickness of the p-type second cladding layer 404 (portion other than the ridge stripe) is a thickness suitable for confining current and light.

【0105】さらに、本実施形態3の半導体レーザ素子
では、活性層403に隣接するn型第1クラッド層40
2のドーパントとしてSiを用いずにSを用いている。
Sドーパントは、n型第1クラッド層402から活性層
403に拡散しても発光効率を低下することがないの
で、半導体レーザ素子特性の低下を防止することができ
る。
Furthermore, in the semiconductor laser device of the third embodiment, the n-type first cladding layer 40 adjacent to the active layer 403 is used.
S is used as the second dopant without using Si.
The S dopant does not reduce the emission efficiency even if it diffuses from the n-type first cladding layer 402 to the active layer 403, so that the characteristics of the semiconductor laser device can be prevented from being degraded.

【0106】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments.

【0107】各半導体層の層厚、Al組成比、キャリア
濃度は、実施形態に示した以外のものを用いてもよい。
The layer thickness, Al composition ratio, and carrier concentration of each semiconductor layer may be other than those shown in the embodiment.

【0108】また、成長法についても、MOCVD法以
外にMBE法、LPE法、MOMBE法、ALE(原子
線エピタキシャル)法等、他の方法を用いてもよい。
As the growth method, other than the MOCVD method, other methods such as MBE method, LPE method, MOMBE method, ALE (atomic beam epitaxial) method may be used.

【0109】p型ドーパントとしては、ZnまたはMg
を用いることができ、第1クラッド層に含有されるn型
ドーパントとしては、Si以外のVI族原子(Se、S、
Te等)を用いることができる。
Zn or Mg is used as the p-type dopant.
Can be used, and as the n-type dopant contained in the first cladding layer, a group VI atom other than Si (Se, S,
Te, etc.) can be used.

【0110】上記実施形態では、AlGaAs/GaA
s系材料に本発明を適用したが、それ以外の材料につい
ても適用可能であり、例えば、AlGaInP/GaA
s系材料等が上げられる。
In the above embodiment, AlGaAs / GaA is used.
Although the present invention is applied to the s-based material, it is also applicable to other materials, for example, AlGaInP / GaA.
s-based materials can be used.

【0111】[0111]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、n型電流光閉じ込め層のドーパントとしてS
iを用いることにより、n型基板上にn型第1クラッド
層、活性層、p型第2クラッド層、n型電流光閉じ込め
層を成長中に、p型クラッド層のドーパントが拡散する
のを抑制することができる。p型クラッド層のキャリア
濃度の低下を防止できるので、活性層に対するp型クラ
ッド層の障壁高さを十分に維持して、活性層からp型ク
ラッド層へのキャリアの漏れ出しを防ぐことができる。
高温動作時に顕著に生じる電流増大を抑制できるので、
高温動作における素子寿命を改善できる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, S is used as the dopant for the n-type current / light confinement layer.
By using i, it is possible to prevent the dopant of the p-type cladding layer from diffusing during the growth of the n-type first cladding layer, the active layer, the p-type second cladding layer, and the n-type current / light confinement layer on the n-type substrate. Can be suppressed. Since the carrier concentration of the p-type clad layer can be prevented from decreasing, the barrier height of the p-type clad layer with respect to the active layer can be sufficiently maintained and the leakage of carriers from the active layer to the p-type clad layer can be prevented. .
Since it is possible to suppress the current increase that occurs remarkably during high temperature operation,
The device life in high temperature operation can be improved.

【0112】さらに、活性層に隣接するn型第1クラッ
ド層のドーパントとしては、Siを用いていないので、
n型第1クラッド層のドーパントが活性層に拡散しても
発光効率が低下せず、これに起因する素子特性の悪化を
防ぐことができる。
Further, since Si is not used as the dopant of the n-type first cladding layer adjacent to the active layer,
Even if the dopant of the n-type first cladding layer diffuses into the active layer, the luminous efficiency does not decrease, and it is possible to prevent the deterioration of the device characteristics due to this.

【0113】特に、p型第2クラッド層の厚みを0.0
5μm以上0.6μm以下にすると、電流および光の閉
じ込めを効率よく行うことができる。
In particular, the thickness of the p-type second cladding layer is 0.0
When the thickness is 5 μm or more and 0.6 μm or less, current and light can be efficiently confined.

【0114】また、n型電流光閉じ込め層のバンドギャ
ップを活性層のバンドギャップ以下とし、光閉じ込め層
のキャリア濃度を1×1018cm-3以上5×1018cm
-3以下とした場合、またはn型電流光閉じ込め層のバン
ドギャップを活性層のバンドギャップより大きくし、電
流光閉じ込め層のキャリア濃度を1×1017cm-3以上
5×1018cm-3以下とした場合、電流および光の閉じ
込めを十分にすると共にp型第2クラッド層のキャリア
濃度を十分高くすることができる。
Further, the band gap of the n-type current / light confinement layer is set to be equal to or less than the band gap of the active layer, and the carrier concentration of the light confinement layer is 1 × 10 18 cm −3 or more and 5 × 10 18 cm.
-3 or less, or the band gap of the n-type current / light confinement layer is made larger than that of the active layer, and the carrier concentration of the current / light confinement layer is 1 × 10 17 cm −3 or more and 5 × 10 18 cm −3. In the following cases, the current and light can be sufficiently confined and the carrier concentration of the p-type second cladding layer can be sufficiently increased.

【0115】さらに、第1クラッド層のドーパントとし
ては、Se、S、Te等のVI族原子を用いると、発光効
率を低下することがないので、素子特性低下を防止でき
る。
Furthermore, when a group VI atom such as Se, S, or Te is used as the dopant of the first cladding layer, the luminous efficiency is not lowered, and thus the deterioration of the device characteristics can be prevented.

【0116】このように特性が良好な半導体レーザ素子
は、光ディスク等に好適に用いることができる。
The semiconductor laser device having good characteristics as described above can be suitably used for an optical disk or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施形態1の半導体レーザ素子の断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor laser device according to a first embodiment.

【図2】実施形態1の半導体レーザ素子について、p型
第2クラッド層のキャリア濃度と層厚との関係を示すグ
ラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the carrier concentration and the layer thickness of the p-type second cladding layer in the semiconductor laser device of the first embodiment.

【図3】実施形態2の半導体レーザ素子の断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor laser device according to a second embodiment.

【図4】実施形態3の半導体レーザ素子の断面図であ
る。
FIG. 4 is a sectional view of a semiconductor laser device according to a third embodiment.

【図5】実施形態3の半導体レーザ素子について、p型
第2クラッド層のキャリア濃度と層厚との関係を示すグ
ラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the carrier concentration of the p-type second cladding layer and the layer thickness of the semiconductor laser device according to the third embodiment.

【図6】実施形態4の半導体レーザ素子の断面図であ
る。
FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor laser device according to a fourth embodiment.

【図7】実施形態4の半導体レーザ素子について、p型
第2クラッド層のキャリア濃度と層厚との関係を示すグ
ラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the carrier concentration of the p-type second cladding layer and the layer thickness of the semiconductor laser device according to the fourth embodiment.

【図8】従来の半導体レーザ素子の断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a conventional semiconductor laser device.

【図9】従来の半導体レーザ素子について、p型第2ク
ラッド層のキャリア濃度と層厚との関係を示すグラフで
ある。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the carrier concentration and the layer thickness of the p-type second cladding layer in the conventional semiconductor laser device.

【符号の説明】 101、201、301、401 n型GaAs基板 102、202、302、402 n型第1クラッド層 103、203、303、403 活性層 104、204、304、404 p型第2クラッド層 105、207、305、407 n型電流光閉じ込め
層 106、208、306 ストライプ状溝 107、209、307、406 p型第3クラッド層 108、210、308、408 p型コンタクト層 109、211、309、409 p型電極 110、212、310、410 n型電極 205 p型第1エッチングストップ層 206 p型第2エッチングストップ層 405 p型キャップ層
[Description of Reference Signs] 101, 201, 301, 401 n-type GaAs substrate 102, 202, 302, 402 n-type first clad layer 103, 203, 303, 403 active layer 104, 204, 304, 404 p-type second clad layer Layers 105, 207, 305, 407 N-type current / light confinement layers 106, 208, 306 Stripe-shaped grooves 107, 209, 307, 406 p-type third cladding layers 108, 210, 308, 408 p-type contact layers 109, 211, 309, 409 p-type electrode 110, 212, 310, 410 n-type electrode 205 p-type first etching stop layer 206 p-type second etching stop layer 405 p-type cap layer

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 n型半導体基板上に、n型第1クラッド
層と活性層とp型第2クラッド層とが基板側からこの順
に形成され、該第2クラッド層上に、ストライプ状溝部
を有するn型電流光閉じ込め層が形成され、該ストライ
プ状溝部を埋め込むようにp型第3クラッド層が形成さ
れている半導体レーザ素子において、 該電流光閉じ込め層がドーパントとしてSiを含有し、
該第1クラッド層がドーパントとしてSiを含有してい
ない半導体レーザ素子。
1. An n-type first clad layer, an active layer, and a p-type second clad layer are formed in this order from the substrate side on an n-type semiconductor substrate, and stripe-shaped groove portions are formed on the second clad layer. In the semiconductor laser device in which the n-type current / light confinement layer has and the p-type third cladding layer is formed so as to fill the stripe-shaped groove portion, the current / light confinement layer contains Si as a dopant,
A semiconductor laser device wherein the first cladding layer does not contain Si as a dopant.
【請求項2】 n型半導体基板上に、n型第1クラッド
層と活性層とp型第2クラッド層とが基板側からこの順
に形成され、該第2クラッド層上に、リッジストライプ
状のp型第3クラッド層が形成され、該リッジストライ
プ状の第3クラッド層の両外側を挟んでn型電流光閉じ
込め層が形成されている半導体レーザ素子において、 該電流光閉じ込め層がドーパントとしてSiを含有し、
該第1クラッド層がドーパントとしてSiを含有してい
ない半導体レーザ素子。
2. An n-type first clad layer, an active layer, and a p-type second clad layer are formed in this order from the substrate side on an n-type semiconductor substrate, and a ridge stripe pattern is formed on the second clad layer. In a semiconductor laser device in which a p-type third clad layer is formed and an n-type current / light confinement layer is formed so as to sandwich both sides of the ridge stripe-shaped third clad layer, the current / light confinement layer serves as a dopant. Contains
A semiconductor laser device wherein the first cladding layer does not contain Si as a dopant.
【請求項3】 前記第2クラッド層の厚みが0.05μ
m以上0.6μm以下である請求項1または2に記載の
半導体レーザ素子。
3. The thickness of the second cladding layer is 0.05 μm.
The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser device has a size of m or more and 0.6 μm or less.
【請求項4】 前記電流光閉じ込め層のバンドギャップ
が前記活性層のバンドギャップ以下であり、該電流光閉
じ込め層のキャリア濃度が1×1018cm-3以上5×1
18cm-3以下である請求項1、2または3に記載の半
導体レーザ素子。
4. The band gap of the current / light confinement layer is equal to or less than the band gap of the active layer, and the carrier concentration of the current / light confinement layer is 1 × 10 18 cm −3 or more and 5 × 1.
The semiconductor laser device according to claim 1, 2 or 3, which has a density of 0 18 cm -3 or less.
【請求項5】 前記電流光閉じ込め層のバンドギャップ
が前記活性層のバンドギャップより大きく、該電流光閉
じ込め層のキャリア濃度が1×1017cm-3以上5×1
18cm-3以下である請求項1、2または3に記載の半
導体レーザ素子。
5. The band gap of the current / light confinement layer is larger than the band gap of the active layer, and the carrier concentration of the current / light confinement layer is 1 × 10 17 cm −3 or more and 5 × 1.
The semiconductor laser device according to claim 1, 2 or 3, which has a density of 0 18 cm -3 or less.
【請求項6】 前記第1クラッド層のドーパントがVI族
原子である請求項1、2、3、4または5に記載の半導
体レーザ素子。
6. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the dopant of the first cladding layer is a group VI atom.
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